KR100271140B1

KR100271140B1 - 채널 호핑 프로토콜

Info

Publication number: KR100271140B1
Application number: KR1019970045139A
Authority: KR
Inventors: 머래이 씨. 베이커; 앨런 씨. 쵸우; 존 브이. 태글리언; 아론 디. 왈라커
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1997-08-30
Publication date: 2000-11-01
Also published as: US6292494B1; CA2194023C; KR19980063455A; CA2194023A1

Abstract

본 발명은 다수의 통신 채널 상에서 데이터 전송을 송신하고 수신할 수 있는 스테이션으로 구성된 네트워크를 포함하는 무선 통신 시스템 매체 상에서 정보 전송을 위한 방법 및 수단을 개시하는데, 상기 방법은 헤더(header) 및 데이터 부분을 포함하는 패킷단위로 데이터 전송을 송신하는 단계를 포함하고, 상기 헤더는 네트워크의 식별자(identification: ID); 통신에서 사용되는 다음 채널의 식별자; 주소; 채널 비지 카운트 필드(channel busy count field); 네트워크 커맨드(network command)를 포함한다.

Description

채널 호핑 프로토콜

본 발명은 무선 주파수(radio frequency: RF) 또는 적외선 링크(infrared link)에 의해 상호 연결된 데이터 처리 스테이션 네트워크와 같은 무선 네트워크(wireless networks)에 관한 것이다.

무선 주파수 네트워크 또는 적외선 네트워크와 같은 무선 네트워크 상에서 데이터를 전송함에 있어서, 상이한 주파수에서의 노이즈 또는 상이한 채널 상의 노이즈에 관련된 문제점이 통신에 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 무선 주파수의 상이한 주파수 또는 적외선의 상이한 파장 상에서 도약(hop)하는 무선 링크(wireless links)를 사용하는 데이터 처리 네트워크를 구축하는 것이 제안되어 왔다. 이하에서는, 상이한 주파수 및 상이한 파장을 "상이한 채널" 이라고 부르기로 한다. 노이즈는 하나 또는 소수의 채널 상에만 존재할 수 있으므로, 만일 네트워크가 주기적으로 채널을 바꾼다면 노이즈가 있는 채널 선택의 영향을 줄일 수 있다. 그러나, 데이터를 전송하는 스테이션이 채널을 바꾸고자 할 때 네트워크의 모든 스테이션들도 마찬가지로 채널을 바꾸게 될 것이므로, 스테이션들 모두가 채널이 변경될 때 마다 동일한 채널 상에서 대응하고 통신할 수도 있다는 점이 중요하다.

1992년 7월 14일 허여되고 Metricom사(社)에 양도된 미국 특허 번호 제 5,130,987 호는 채널 호핑(channel hopping)을 사용하는 무선 통신 시스템을 기술하고 있지만, 정보 전송은 사용되는 네트워크의 도메인 ID(domain ID)의 주소를 포함하지 않으므로 다른 인접한 네트워크와 충돌이 발생하는 경우가 있다. 또한, 전송 스테이션은 수신 스테이션이 다음으로 어느 채널로 도약해야 하는지를 수신 스테이션에 알려주지 않는다. 에이징 필드(aging field)가 정상적인 통신 동안에 홉을 맞추기 위해 사용된다. 이러한 점들에 의해 제약이 수반되는데, 본 발명은 그러한 제약을 피하게 해준다.

본 발명의 하나의 목적은 채널 호핑을 사용하는 네트워크의 작동 방법을 포함하는 프로토콜을 구축하고, 본 발명의 프로토콜 하에서의 동작을 구현하는 소프트웨어를 포함하는 수단을 구축하는 것이다.

도 1은 본 발명을 사용하는 프로세스의 메이저 상태(major state)의 프로토콜 상태 천이를 보여주는 플로우 챠트.

도 2는 본 발명의 프로토콜을 사용하여 스테이션이 네트워크와 초기화/동기화되는 절차를 보여주는 플로우 챠트.

도 3은 본 발명의 프로토콜을 사용하여 서버가 네트워크와 동기화되는 절차를 보여주는 플로우 챠트.

본 발명의 하나의 특징은 매체로 구성된 다수의 통신 채널 상에서 데이터 전송을 송신하고 수신할 수 있는 스테이션으로 구성된 네트워크를 포함하는 무선 통신 시스템 매체 상에서의 정보 전송 방법을 제공한다. 데이터 전송은 각각의 패킷이 헤더(header) 및 데이터 부분을 포함하는 패킷 단위로 송신된다. 헤더는 네트워크의 식별자(identification: ID), 통신에서 사용될 다음 채널의 식별자, 주소, 채널 비지 카운트 필드(channel busy count field), 네트워크 커맨드를 포함한다. 데이터 부분은 데이터를 포함하는 용도로 사용된다.

본 발명의 프로토콜은 네트워크의 스테이션들 또는 멤버들 간의 통신을 설정하고 유지한다. 본 발명에 의하여 구축된 프로토콜은 피어-투-피어를 기초(peer-to-peer basis)로한 다수의 스테이션들을 관리하기 위하여 적응(adapted)된다. 더 좋은 네트워크 기능(higher network functions)들이 네트워크 내의 스테이션에 의해 사용되는 소프트웨어의 상위 층(upper layers)에 의해 수행되는데 본 출원에서는 언급되지 않는다.

본 발명 프로토콜의 하나의 실시예의 기본적인 요소들은 다음과 같다.

(1) 각각의 도메인 또는 스테이션은 각각의 스테이션이 통신 등급에 있어서 동일한 피어-투-피어 특별 네트워크를 지원한다. 어떤 멤버도 네트워크 트래픽 및 채널 할당을 제어하는 베이스 스테이션으로서의 역할을 하지 않는다.

(2) 각각의 스테이션은 할당된 채널 그룹 사이에서 도약(hop)한다.

(3) 전송 스테이션은 다음 홉 채널을 할당한다.

· 모든 스테이션들은 다음 도약 채널을 위하여 네트워크 패킷 헤더를 모 니터한다.

(4) 각각의 스테이션은 네트워크와의 동기를 찾아서 동기화해야 한다.

(5) 스테이션들의 각각의 그룹은 할당된 고유의 DOMAIN ID를 가진다.

(6) 스테이션들의 각각의 그룹은 채널의 순서를 포함하는 고유한 채널 홉 테이블 (Channel Hop Table)을 가진다. 각각의 다음 도약은 홉 테이블(Hop Table) 내 의 다음 채널을 사용한다.

· 모든 스테이션들은 채널 홉 테이블(Channel Hop Table)의 카피(copy)를 가진다.

· DOMAIN ID는 채널 홉 테이블(Channel Hop Table)의 의사-랜덤 (pseudo-random) 발생을 위한 시드(seed)로 사용된다. 동일한 시드를 사용하면, 모든 홉 테이블이 동일하다.

(7) 스테이션들 간의 관계를 유지하도록 채널이 주기적으로 활성화된다.

· 채널 불활성 기간 경과 후에도 동기(synchronization)를 유지하는 것이 필요하다.

· 채널 활성은 워치독 타이머(watchdog timer)에 의해 트리거된다.

· 각각의 스테이션은 자신의 독립적인 워치독 타이머를 가진다.

· 제 1 워치독 타이머가 만료되면 채널 활성을 트리거한다.

· 채널 활성이 감지되면, 워치독 타이머는 리셋된다.

(8) 감추어지거나 분실(hidden or lost)된 스테이션 또는 노드는 다음과 같이 취급된 다.

· 충돌은 채널 호핑 때문에 감소한다.

· 분실된 스테이션은 각각의 스테이션이 네트워크와의 관계를 유지하는 책임지고 있으므로 재동기를 시도한다.

(9) 물리 프로토콜 층(Physical Protocol Layer)은 다음을 지원한다:

· 충돌 회피 기능을 가진 반송파 감지 다중 액세스(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance: CSMA/CA)가 RF 또는 IR과 같은 단일 채널 무선 매체 상에 있을 때 사용되어야 한다.

· Listen, Send/Back off, 및 Retry와 같은 충돌 회피 기능을 수행한다.

(10) 무선 링크를 상위 프로토콜 층들에 무관하게 관리하기 위하여 망 관리 커맨드 들이 사용된다.

프로토콜 데이터 포맷 및 제어 테이블(Protocol Data Formats and Control Tables)

프로토콜은 자신의 테이블 및 패킷에 다음의 포맷을 지원한다.

프리앰블(Preamble)

프리앰블은 수신 디바이스로 하여금 자동 이득 제어(Automatic Gain Control) 및 클록 동기와 같은 기능을 수행하도록 하는데 사용된다. 프리앰블의 길이는 수신기의 특성에 의해 결정되고 수신기의 물리적인 구현을 위해 재단(tailor)된다.

딜리미터(Delimiter)

딜리미터는 네트워크 헤더의 시작을 표시하기 위해 사용된다.

도메인 ID(Domain ID)

도메인 ID의 목적은 사용자 또는 도메인의 여러 그룹의 공존을 가능케 하는데 있다. 도메인 ID는 특정 그룹에 속하는 패킷을 식별하는데 사용된다. 만약 스테이션이 두 개의 도메인 영역 내에 있다면, 스테이션이 멤버가 아닌 도메인으로부터 패킷을 수신하게될 가능성이 있다. 다른 도메인으로부터의 패킷이 접수되면, 스테이션이 다른 도메인에 조인(join)하여 자신의 그룹을 잃을 수 있다. 도메인 ID의 사용은 이것을 방지하여 두 개의 도메인이 우연히 충돌한 경우에만 공존할 수 있게 하는데, 우연한 충돌은 양자의 도메인을 손상함이 없이 해결될 수 있다.

다음 홉 채널(Next Hop Channel)

다음 홉 채널 필드는 사용될 다음 채널을 표시하여 도메인 멤버들의 보조를 유지하는데 사용된다. 이 필드는 동일한 도메인 멤버 각각에 대한 홉 테이블 내의 다음 채널에 대응한다.

채널 비지 카운트(Channel Busy Count: CBC)

채널 비지 카운트는 데이터 전송의 지속시간을 표시하는데 사용된다. 그것은 채널에 예약된 타임 슬롯 수의 카운트이다. 타임 슬롯 값은 단일 전송에서 지원되는 데이터 패킷의 최대 길이를 전송하는데 요구되는 시간에 기초하고 있다. CBC는 패킷 전송에 대한 스테이션의 응답을 제어한다. 만약 CBC 필드의 값이 제로('0')이면, 다음 홉 채널 필드가 다음 채널을 위해 사용되는데 홉은 패킷이 수신된 후에 취해진다. 만약 CBC 값이 제로('0')보다 크면 스테이션은 현재 채널 상에 그대로 머물게 되며, 목적지 주소는 스테이션 주소와 매치(match)되거나 또는 방송 주소(broadcast address)이다. 그렇지 않으면, 스테이션은 도약하고 CBC 값에 의해 결정된 시간 동안 새로운 채널 상에서 대기한다. 이것은 테이블 2에 나타나 있다.

테이블 2: 채널 비지 카운트 필드의 사용

CBC 값	목적지/소스 주소 매치 노 매치	방송 주소
0	홉	홉	홉
0 이 아님	홉하지 않음	홉 ＆ 대기	홉하지 않음

목적지/소스 주소(Destination/Source Address)

목적지/소스 주소 필드는 패킷이 개시된 장소 인지 타겟 주소 패킷인지의 여부를 표시하기 위해 네트워크 커맨드와 함께 사용된다. 네트워크 서버는 예약된 주소로 "0xFFFFFFFFFFFF"을 가진다.

네트워크 커맨드(Network Command)

네트워크 커맨드는 패킷에 의해 수행되는 기능을 표시하는데 사용된다. 지원되는 기능들은 다음과 같다.

· 데이터 전송(DATA TRANSFER) - 0x00

- 이 패킷은 스테이션 간에 전송되는 데이터 패킷을 포함한다.

· 동기 요구(SYNC REQUEST) - 0x01

- 이 패킷은 네트워크와 동기시키는데 사용된다.

· 동기 승인(SYNC ACKNOWLEDGE) - 0x02

- 이 패킷은 동기 요구에 대한 응답으로 전송된다.

· 서버 비콘(SERVER BEACON) - 0x83

- 이 패킷은 도메인 서버에 의해 주기적으로 전송된다.

· 서버 동기 요구(SERVER SYNC REQUEST) - 0x84

- 서버 주소를 요구하는데 사용된다.

네트워크 헤더 순환 중복 검사(Network Header Cyclical Redundancy Check(CRC))

네트워크 헤더 CRC는 네트워크 프로토콜 헤더의 데이터 완전성을 검사하기 위해 사용된다.

데이터 패킷(Data Packet)

전송되는 패킷의 데이터 패킷 부분은 수신 스테이션이 사용하는 데이터를 포함할 수 있다. 패킷 내의 정보가 수신 스테이션이 연결되는 네트워크 상에서의 사용을 의도하고 있다면, 데이터 패킷 부분은 토큰링(Token Ring) 네트워크 상에서 이용되는 토큰링 패킷 또는 이더넷(Ethernet) 네트워크에서 이용되는 이더넷 패킷과 같은 완전한 네트워크 패킷으로 구성될 수 있다. 토큰링 패킷과 이더넷 패킷은 네트워크 분야의 당업자가 잘 이해하고 있으므로 본 명세서에서는 더 이상 논의되지 않을 것이다.

네트워크 패킷 포맷(Network Packet Formats)

동기 요구 패킷 포맷(SYNC REQUEST Packet Format)

이 패킷은 스테이션이 처음으로 도메인에 조인(join) 하고자 시도할 때 또는 네트워크를 분실한 후 도메인에 재 조인(rejoin) 하려고 시도할 때 발행된다.

동기 요구 패킷 포맷

프리앰블(Preamble)

딜리미터(Delimiter)

도메인 ID(Domain ID)

다음 홉 채널(Next Hop Channel)

채널 비지 카운트(Channel Busy Count) = 0

목적지주소(Dest Address) = 0xFFFFFFFFFFFF 또는 서버 주소

동기 요구(SYNC Request)

CRC

동기 승인 패킷 포맷(SYNC ACKNOWLEDGE Packet Format)

이 패킷은 요구에 응답할 수 있는 도메인 내의 제 1 스테이션에 의해 동기 요구에 대한 응답으로 발행된다.

동기 승인 패킷 포맷

프리앰블(Preamble)

딜리미터(Delimiter)

도메인 ID(Domain ID)

다음 홉 채널(Next Hop Channel)

채널 비지 카운트(Channel Busy Count) = 0

목적지 주소(Dest Address) = 0xFFFFFFFFFFFF

동기 승인(SYNC ACKNOWLEDGE)

CRC

데이터 전송 패킷 포맷(Data Transfer Packet Format)

이 패킷은 스테이션 간의 패킷 데이터를 전송하는데 사용된다.

데이터 전송 요구 패킷 포맷

프리앰블(Preamble)

딜리미터(Delimiter)

도메인 ID(Domain ID)

다음 홉 채널(Next Hop Channel)

채널 비지 카운트(Channel Busy Count) = n

목적지 주소(Dest Address)

데이터 전송(DATA TRANSFER)

CRC

데이터 패킷(Data Packet)

서버 비콘 패킷 포맷(Server Beacon Packet Format)

이 패킷은 자신의 존재를 표시하기 위하여 도메인 서버에 의해 사용된다.

서버 비콘 패킷 포맷

프리앰블(Preamble)

딜리미터(Delimiter)

도메인 ID(Domain ID)

다음 홉 채널(Next Hop Channel)

채널 비지 카운트(Channel Busy Count)=0

서버 주소(Server Address)

서버 비콘(SERVER BEACON)

CRC

서버 동기 요구 패킷 포맷(SERVER SYNC REQUEST Packet Format)

이 패킷은 스테이션이 서버에게 도메인 주소를 요구할 때 발행된다. 서버는 서버 주소를 포함하는 동기 승인으로 응답한다.

서버 동기 요구 패킷 포맷

프리앰블(Preamble)

딜리미터(Delimiter)

도메인 ID(Domain ID)

다음 홉 채널(Next Hop Channel)

채널 비지 카운트(Channel Busy Count) = 0

목적지 주소(Dest Address)=0xFFFFFFFF

서버 동기 요구(SERVER SYNC REQUEST)

CRC

데이터 패킷(Data Packet)

스테이션 홉 채널 테이블(Station Hop Channel Table)

각각의 스테이션은 스테이션 홉 채널 테이블의 카피(copy)를 가진다. 홉 채널 시퀀스는 도메인 ID를 시드(seed)로 사용하는 의사-랜덤 발생기(pseudo-random generator)가 사용되어 생성된다. 이것은 도메인 내의 모든 스테이션 홉 테이블이 동일하게 되는 것을 보장한다. 테이블 내의 다른 필드들은 각 채널의 상태 및 사용 상태를 실시간(real time)으로 추적하기 위하여 사용된다.

스테이션 홉 채널 테이블

채널(Channel)	TIC 카운트(TIC Count)	타임 스탬프(Time Stamp)	불량 카운트(Bad Count)
N(0)	TIC 0	TOD 0	count
N(1)	TIC 1	TOD 1	count
N(2)	TIC 2	TOD 2	count
:	:	:	:
N(n)	TIC n	TOD n	count

｜1 바이트 | 2 바이트 | 2 바이트 | 1 바이트 |

TIC는 Time in Channel의 약어이고, TOD는 Time of Day의 약어이다.

타이머(Timer)

타이머들은 네트워크의 스테이션 내에서 구현된다. 이것들은 아래에 기술된다.

시스템 워치독 타이머(System Watch Dog Timer)

이 타이머는 네트워크의 나머지와 관계를 유지하기 위하여 사용된다. 어떠한 활동이 네트워크 상에서 모니터되기 전에 타이머가 만료되면, 스테이션은 네트워크에서 분실되었다고 추측하고 현재의 네트워크 채널을 검색하기 시작한다. 타이머는 카운터를 시작 및 정지시키기 위하여 전송 감지를 사용한다. 전송이 감지되지 않을 때, 카운터는 자신의 최대 값에서 카운트 다운(count down)하기 시작한다. 전송이 감지되면, 카운터는 리셋된다.

시스템 응답 타이머(System Response Timer)

이 타이머는 스테이션이 타임 아웃 될 때를 표시하기 위한 동기 프로토콜 핸드쉐이크(handshake) 부분으로서 사용된다. 이것은 매우 작은 값을 가지고 있고 모든 동기 요구 전송 마다 사용된다는 점에서 워치독 타이머와는 상이하다. 타이머는 전송이 감지되지 않을 때 시작되고, 전송이 감지될 때 리셋된다. 타이머는 동기 승인이 타임 아웃 되었는지를 결정하기 위하여 동기 요구 커맨드에 의해 사용된다.

하루중의 시간 타이머(Time-of-Day Timer)

이 타이머는 채널 사용에 대한 타임 스탬프(time stamp)로 사용된다.

네트워크 타이밍 고려사항(Network Timing Considerations)

어떤 경우에는, 스테이션이 어떤 하나의 채널 상에 상주하는 시간에 제한을 가하는 것이 바람직하다. 모든 채널을 동등하게 사용하기 위하여 시도하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 동일 주파수 대역에서 동작하는 다른 도메인들 또는 디바이스들과의 간섭을 최소화하기 위하여 사용될 수 있다.

미리 정의된 시간 기간 내에서 전송을 위하여 채널이 얼마 만큼 긴 시간동안 사용될 수 있는지에 대한 제한이 있다면, 하루중의 시간 타이머(TOD timer)가 채널 사용을 추적하기 위하여 사용될 수 있다.

하루중의 시간 값은 해당 채널에 대해 스테이션의 홉 채널 테이블 내에 저장된다.

채널 사용을 제어하는 메카니즘은 다음과 같다: 먼저, 모든 테이블 엔트리가 영('0')으로 리셋된다. 채널 상에서 제 1 전송을 시작할 때, TOD 타이머 값이 타임 스탬프 값으로 사용된다. 네트워크는 채널이 제 1 엔트리로 순환 복귀할 때까지 채널 홉 테이블 엔트리를 하나씩 검색한다.

제 1 엔트리로 순환 복귀할 때, 현재 TOD가 TOD'(테이블 내의 TOD 엔트리)와 비교된다. 대역 균형 시스템(spectrally balanced system) 하에서는, 모든 채널을 한바퀴 순환하는 시간은 미리 정의된 사이클 타임/채널 수(여기서, / 는 나누기 기호임)가 된다.

시간 제한(Time Limiting)

다음의 의사 코드는 스테이션이 채널에 머무르는 시간을 제한하는 방법을 나타낸다.

Channel Time Limit = Channel Cycle Time Limit/Number of Channels

if(TOD - TOD') ＜ Channel Time Limit

wait (Channel Time Limit - (TOD - TOD'))

else

continue as usual

대기 시간이 긴 상황은 일어날 가능성이 거의 없다. 이러한 가정에 기초하면, 상기 알고리즘은 간단한 수준으로 유지될 수 있다. 만약 스테이션이 대기 상태에 있다고 한다면, 다른 스테이션들은 그들이 알고리즘을 위반하지 않는한 여전히 전송을 할 수 있다는 것을 또한 유의하여야 한다. 그 다음, 대기 상태에 있는 스테이션은 새로이 전송되는 데이터를 처리하기 위하여 수신 모드로 전환하여야 한다. 스테이션 초기화 동안, 동기 요구/승인 전송은 대역폭 사용을 위해서 모니터되지 않는다.

네트워크 프로토콜 상태(Network Protocol States)

도 1을 참조하면, 스테이션이 가질 수 있는 프로토콜 상태들이 나타나 있다.

· 동기화

· 아이들(Idle)

· 데이터 전송(Data Transfer)

동기 상태(Synchronization State)

동기 상태는 네트워크에 위치하기 위하여 스테이션에 의해 사용된다. 스테이션은 자신이 처음으로 시작할 때(power on), 회복 불능인 에러가 발생할 때, 또는 스테이션이 네트워크를 상실할 때 동기 상태로 진입한다. 네트워크의 응집성(cohesiveness)을 보증하기 위하여, 네트워크 상에서 주기적으로 동기 상태로 만드는 것이 필요하다.

상기 이유는 아이들 네트워크 상의 스테이션들 간의 관계를 유지시키고 상실된 어떤 스테이션을 복구시키기 위한 것이다. 네트워크 활성은 임의의 스테이션 워치독 타이머가 만료될 때마다 트리거된다. 그 때에, 스테이션은 동기 요구를 방송하여 재동기절차(re-sync process)를 시작한다.

어떠한 스테이션도 동기 승인으로 응답할 수 있는데, 이것은 다른 스테이션들에 의해 수신된다. 승인이 수신되면, 다른 동기 승인들은 더 이상 전송되지 않는다. 동기 요구 및 동기 승인은 동일 채널 상에서 수행되고 다음 채널로의 홉은 승인이 있은 후에 일어난다. 동기 요구는 홉 채널을 현재 채널과 같게 특정하고 동기 승인은 다음 홉 채널을 선택한다.

동기 요구 - 동기 승인 예(SYNC REQUEST - SYNC ACKNOWLEDGE Example)

소스	채널	MAC CMD	네트워크 CMD	홉 채널	주소	CBC
A	f(0)	-----	동기 요구	f(0)	0xFFFFFFFF	0
B	f(0)	-----	동기 승인	f(1)	0xFFFFFFFF	0
n	f(1)	*	*	f(2)	x	n

여기서, *는 다음 시스템 명령에 따름을 의미함.

스테이션이 네트워크에 위치하고 연결되면, 스테이션은 아이들 상태로 진입한다.

아이들 상태(Idle State)

스테이션은 타임 아웃 또는 에러가 감지될 때까지는 아이들 상태로 있게 되는데, 타임 아웃 또는 에러가 감지되면 동기 상태로 진입한다. 스테이션은 데이터 전송 요구가 수신되면 데이터 전송 상태로 진입한다.

데이터 전송 상태(Data Transfer State)

데이터 전송 상태는 스테이션들 간에 데이터를 전송하는데 사용되고, 데이터 전송이 수신될 때 이 상태로 진입한다. 데이터 전송은 단일 전송이고 네트워크 층에서 승인되지는 않는다. 데이터 프레임은 MAC(Media Access Control) 층에서 MAC 층으로 직접 전달된다. 데이터 프레임은 전송을 위해 더 작은 패킷들로 분할되고 MAC 층에 의해 재조립된다. 패킷이 전송될 때 데이터 전송이 완전한 것으로 생각될 때에는 에러 복구가 네트워크 층에서 수행되지 않는다. 데이터 패킷이 분실되거나 변경(corrupt)되면, 에러 취급이 MAC 층에 의해 수행된다.

MAC 프레임 패킷의 전송은 채널 비지 카운트(CBC) 필드를 사용하여 네트워크 층에서 "체인(chained)"된다. 데이터 전송에 관여하는 두 개의 스테이션은 한 채널 상에 머물게 되고 MAC 프레임이 전송을 완결할 때 까지 다음 채널로 도약하지 않는다. 수신 MAC 층은 프레임 패킷 전송 상태를 포함하는 MAC 승인을 복귀시킨다.

모든 다른 스테이션들은 제 1 패킷이 전송된 후 다음 홉 채널로 도약하고 데이터 전송이 완결되기를 대기한다. 대기 시간은 CBC 필드 값에 의해 결정된다. 대기 시간 동안에 어떤 동기 요구가 수신되더라도, 모든 스테이션이 그것을 무시한다.

네트워크 헤더에 있는 데이터는 데이터 전송 동안에 도메인 내에 있는 각각의 스테이션 응답을 세트하는데 사용된다. 전송 스테이션 및 목적지/소스 주소 필드에서 식별된 스테이션만이 현재 채널 상에 머물게 된다. 모든 다른 스테이션들은 새로운 채널로 도약한다. 데이터 전송을 수행하는 스테이션은 CBC 필드의 값이 영과 같을 때에만 도약한다. 전송을 시작할 때 선택된 다음 홉은 전체 전송 동안 유지된다(심지어는 MAC 승인에 의해서도).

데이터 전송 예 - 스테이션 A 대 스테이션 B - MAC 프레임 = 3 데이터 패킷

소스	채널	MAC CMD	네트워크 CMD	홉 채널	주소	CBC
A	f(0)	데이터(DATA)	데이터 전송(Data Xfer)	f(1)	B	3
A	f(0)	데이터(DATA)	데이터 전송(Data Xfer)	f(1)	B	2
A	f(0)	데이터(DATA)	데이터 전송(Data Xfer)	f(1)	B	1
B	f(0)	승인(ACK))	데이터 전송(Data Xfer)	f(1)	A	0
*	f(1)	*	*	f(2)	x	n

여기서, *는 다음 시스템 커맨드에 따른다.

데이터 전송이 완결되면, 스테이션은 아이들 상태로 복귀한다.

네트워크 초기화(Network Initialization)

베이스 스테이션은 전송 스테이션이 다음 홉 채널을 선택함으로써 필요없게 된다. 이것은 스테이션이 네트워크의 나머지와 동기된 상태로 있을 것을 요구한다. 또한, 많은 채널들이 이용가능함에도 불구하고 네트워크 상에서 한 순간에 오직 하나의 통신만이 일어날 수 있다.

다음의 방법은 네트워크를 개시시키는데 사용되는, 만약 네트워크가 고장나면 스테이션을 재동기(re-sync.) 시키거나, 또는 네트워크에 새로운 스테이션을 추가하는데 사용된다. 동기화/초기화 프로토콜의 흐름도가 도 2에 도시되어 있다. 스테이션은 2 단계로 네트워크 검색을 시작한다. 첫째로, 스테이션이 임의의 스테이션으로부터의 전송에 대해 전체 대역을 스캔(scan)한다. 전송이 도달하면, 스테이션은 전송이 완결될 때 홉 테이블 내의 다음 채널로 호핑하여 네트워크에 조인(join)할 수 있다. 이것은 동일한 도메인 내에 있는 스테이션이 동기를 맞추는데 필요한 시간을 감소시키는 공통 홉 테이블을 사용하기 때문에 가능하다.

다음으로, 전송이 도달하지 않으면, 스테이션은 채널을 선택한다. 동기 요구 패킷은 선택된 채널 상에서 전송되고 스테이션은 동기 승인을 위해 이 채널을 모니터한다. 동기 승인 응답이 수신되면, 네트워크는 설정될 수 있다.

시스템 응답(System Response) 타이머가 만료될 때까지 활성이 감지되지 않으면, 스테이션은 다음 채널 상에서 자신의 동기 요구를 계속 전송하고, 응답 패킷이 도달하는지를 모니터링하고, 전체 대역에 걸쳐서 하나씩 계속한다.

스테이션이 방송을 감지하면, 스테이션은 자신의 홉 테이블 내에 있는 다음 채널로 도약한다. 패킷 헤더가 수신되지 않은 경우 그 패킷은 무시될 것이고, 스테이션의 워치독 타이머는 만료되고 그 스테이션은 다시 네트워크 검색을 시작한다.

네트위크 상의 제 1 스테이션에 대해서는, 제 1 스테이션의 동기 요구에 응답하는 다른 스테이션이 존재하지 않는다. 그러한 경우에서는, 스테이션은 제 2 스테이션이 네트워크에 진입할 때까지 동기 상태 및 아이들 상태을 번갈아 가진다.

도메인 서버에 대한 규정(Provisions for a Domain Server)

몇몇 네트워크에서는, 상기 상황이 네트워크 멤버들 중 하나가 서버 또는 액세스 지점일 때 발생한다. 상기 상황은 네트워크의 다른 멤버들과는 약간 상이한 방법으로 취급할 필요가 있다. 서버 또는 액세스 지점의 성질상, 네트워크와 동기되어 있기 위한 우선 순위를 가져야 한다. 스테이션이 분실되고 네트워크에 재동기될 때, 스테이션은 서버가 위치하고 있다는 것을 또한 확인하여야 한다.

서버 네트워크 커맨드(Server Network Command)

커맨드(Command)	서버 커맨드(Server Command)
데이터 전송(Data Transfer)	0x80
동기 요구(SYNC REQ)	0x81
동기 승인(SYNC ACK)	0x82
서버 비콘(Server Beacon)	0x83
서버 동기 요구(Server SYNC REQ)	0x84

서버의 존재는 네트워크 프로토콜 헤더 내의 네트워크 커맨드 필드의 최상위 비트(MSB)인 서버 플래그(server flag)에 의해 표시된다. 이것은 수신 스테이션에게 네트워크 내에 서버가 있다는 것을 표시한다. 네트워크 상에서 활성이 되었다면 서버가 서버 비콘 커맨드를 송신하는 필요성이 감소된다는 장점이 있다. 이것은 서버를 가짐으로써 도메인 상에 부과된 처리량 오버헤드(overhead)를 감소시킨다.

서버 등록(Server Registration)

한 순간에 도메인 내에 오직 하나의 서버만이 존재할 수 있다는 제한이 있다. 제 2 서버가 도메인에 대한 서버로서 자신을 설정하려고 시도한다면, 그것은 거부되어 도메인의 보통 멤버로서 취급된다. 현재 서버가 전원을 끄거나(power down), 도메인을 벗어나거나, 또는 서버로 있지 않기를 선택한다면, 자신을 서버로 설정하려고 시도한 다음 서버가 접수된다. 이것은 도메인을 설정하기 전에 관리 기능 없이도 도메인 서버를 동적으로 구성하게 한다.

서버는 동기 비콘 커맨드를 발행하여 자신을 식별하고 목적지/소스 주소 필드를 서버의 주소로 세트한다. 이것은 승인을 필요로하지 않는 방송 커맨드이고 서버 주소는 목적지/소스 주소 필드로부터 추출될 수 있다. 채널 비지 카운트 필드는 영으로 세트되어 모든 스테이션들이 동기 비콘을 수신한 후 다음 채널로 도약한다.

서버는 도메인에게 서버가 여전히 액티브(active)임을 알려주기 위하여 주기적으로 동기 비콘을 발행한다. 동기 비콘이 미리 정의된 시간 기간동안에 도메인 내의 다른 스테이션에 의해 수신되지 않으면, 서버는 도메인을 떠난 것으로 간주된다. 서버 비콘을 발행하는 다음 스테이션은 도메인에 대한 서버로서 접수된다.

동기 비콘 예(SYNC Beacon Example)

소스	채널	MAC 커맨드	네트워크 커맨드	홉 채널	주소	CBC
A	f(0)	-----	동기 비콘	f(1)	A	0
n	f(1)	*	*	f(2)	x	n

여기서, *는 다음 시스템 커맨드에 따른다.

서버와의 동기화(SYNCHRONIZATION With a Server)

도 3을 참조하면, 도메인 내에 서버를 포함시키면 동기 처리에 영향을 끼친다는 것을 알 수 있다. 도메인에 자신의 관계를 재설정하는 스테이션은 그 스테이션이 서버에 관계를 설정하였다는 것을 또한 보증하여야 한다.

동기화 절차는 서버를 가지지 않는 경우에 있어서와 동일하게 시작한다. 채널은 활성을 위해 스캔(scaned)되고, 전송이 감지되면 스테이션은 홉 테이블 내의 다음 채널로 도약한다. 도메인 내에 서버가 있다는 것을 나타내는 서버 플래그가 세트되면, 스테이션은 서버 동기 요구를 발행한다. 그 다음으로, 서버는 목적지 주소(destination address: DA)가 서버 주소로 세트된 동기 승인을 발행하고 처리는 완결된다.

전송이 전달되지 않으면, 스테이션은 채널을 선택한다. 동기 요구 패킷은 이 채널 상에서 전송되고, 스테이션은 동기 승인을 위해 이 채널을 모니터한다. 동기 승인 응답이 수신되면, 네트워크가 설정될 수 있다. 도메인 내에 서버가 있다는 것을 나타내는 서버 플래그가 세트되면, 스테이션은 서버 동기 요구를 발행한다. 그 다음으로, 서버는 목적지 주소가 서버 주소로 세트된 동기 승인을 발행하고 처리는 완결된다.

시스템 응답 타이머가 만료될 때까지 활성이 감지되지 않으면, 스테이션은 다음 채널 상에서 자신의 동기 요구를 계속하여 전송하고, 동기 승인에 대한 채널을 모니터링하고, 전체 대역을 하나씩 계속 모니터링한다.

스테이션이 방송을 감지하거나 패킷 헤더가 수신되지 않으면, 그 패킷은 무시된다. 이 경우에 있어서는, 스테이션의 워치독 타이머는 만료되고 그 스테이션은 다시 네트워크 검색을 시작한다.

에러 취급 조건(Handling Error Conditions)

불량 채널 결정/회피(Determining/Avoiding Bad Channels)

어떤 채널은 간섭을 일으켜 사용되지 못할 수 있다. 전송이 감지되기는 하지만 전송으로부터 데이터를 추출할 수 없다면 채널은 불량으로 간주된다. 채널 상에서의 간섭이 임시적인 경우를 취급하기 위한 불량 채널 표시자((BAD channel indicator)는 카운터(counter)이다. 상기 카운터는 불량 전송이 수신될 때 증가된다. 불량 전송의 수가 미리 세트된 한계를 초과하면, 그 채널은 불량이라고 영구적으로 마크(marked)되어 차후의 모든 전송에서 건너뛴다(skip). 채널 상에서 양호한 전송이 수신되면, 카운터는 영으로 리셋된다. 이용가능한 채널들의 수가 미리 정의된 한계 이하로 내려가면, 앞서 마크된 채널들이 다시 시도된다.

전송할 때 간섭이 일어나면, 수신 스테이션은 자신의 홉 테이블 내의 불량 전송 카운트를 증가시킨다. 전송 스테이션은 전송이 수신된 것처럼 진행하고 다음 홉 채널로 도약한다. 수신 스테이션은 전송이 더 이상 감지되지 않을 때 홉 테이블 내의 다음 채널로 도약한다. 분실 패킷은 상위 소프트웨어 층에 의해 복구된다. 패킷이 분실된다 하더라도, 네트워크는 완전성을 유지한다.

불량 채널은 원래의 전송 스테이션에 의해서는 여전히 양호한 것으로 간주된다. 이러한 조건을 교정하기 위해서, 수신된 다음 홉 채널은 홉 테이블 내의 기대되는 다음 홉 채널과 검토된다. 불일치가 발생하면, 채널은 불량으로 간주되고 마크된다. 원래의 전송 스테이션이 홉 채널 내에서 불일치를 감지하면, 자신의 홉 테이블 내에 채널 불량을 마크하고 이 채널은 차후의 네트워크 전송에서 사용되지 않는다. 다음 홉 채널 필드내의 값은 홉 테이블 내의 값 전체에 걸쳐 우선권을 가진다.

원래의 전송 스테이션이 불량 채널을 사용하려고 시도하면, 앞서와 같은 동일한 복구 방법이 사용된다. 수신 스테이션은 에러 복구를 단순화하기 위하여 네트워크 헤더에 의해 지시되면 알고있는 불량 채널로 전환한다.

의사코드(Pseudocode)

상기에서 기술된 본 발명의 실시예는 네트워크 스테이션 내의 하드웨어, 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있다.

상기에서 기술된 본 발명의 실시예를 구현하기 위한 소프트웨어의 의사코드는 다음과 같다.

네트워크 스테이션의 정상적인 동작에 대한 의사코드(도 1 참조)

네트워크가 새로이 시작하였다고 가정한다:

Synchronize with network(도 2에 관련된 의사코드를 참조할 것)

if network is established, enter the idle state

wait

if watch dog timer expires, synchronize with network

else

data transfer request is received

transfer data

when data transfer is complete, return to idle state

동기화에 대한 의사코드(도 2 참조)

1. Scan all channels for activity(활성된 모든 채널들을 스캔한다.)

if activity detected, join network and exit synchronization state

exit

else

2. Select first hop channel(제 1 홉 채널을 선택한다.)

issue SYNC REQUEST

wait for SYNC ACKNOWLEDGE

if SYNC ACKNOWLEDGE received, join network and exit synchronization state

exit

else if timer expired

go to next hop channel

if at end of hop table,

return to scanning all channels for activity(go to 1.)

else return to issuing SYNC REQUEST(go to 2.)

서버와 네트워크를 동기화하기 위한 의사코드(도 3 참조)

1. Scan all channels for activity(활성된 모든 채널들을 스캔한다.)

if activity detected

2. Check if server in domain

if there is no server, join network and exit SYNC state

exit

else issue server SYNC REQUEST

if SYNC ACKNOWLEDGE with server address received, join network and exit SYNC state

exit

else

reset server flag, join network and exit SYNC state

exit

else select first hop channel

3. Issue SYNC REQUEST(동기 요구를 발행한다).

wait for SYNC ACKNOWLEDGE

if SYNC ACKNOWLEDGE received, go to check if server in domain(go to 2.)

else if timer expired,

go to next hop channel

if at end of hop table, go to scan all channels for activity(go to 1.)

else

Go to issue SYNC REQUEST(go to 3.)

당업자에 의해 잘 이해될 수 있는 바와 같이, 이 의사코드는 상기에서 기술된 네트워크 내에 있는 스테이션으로 사용될 수 있는 데이터 처리 시스템을 프로그램 하는데 사용될 수 있는 소프트웨어 프로그램을 작성하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 동작하기 위하여, 그러한 소프트웨어는 데이터 처리 시스템 저장 장치 또는 메모리 내에 저장될 수 있고 자신의 CPU(중앙 처리 장치)에 의해 사용될 수 있다.

본 발명을 사용하면, 노이즈는 하나 또는 소수의 채널 상에만 존재할 수 있으므로, 만일 네트워크가 주기적으로 채널을 바꾼다면 노이즈가 있는 채널 선택의 영향을 줄일 수 있다.

Claims

매체로 구성된 다수의 통신 채널 상에서 데이터 전송을 송신하고 수신할 수 있는 스테이션으로 구성된 네트워크를 포함하는 무선 통신 시스템을 위한, 매체 상에서의 정보 전송 방법에 있어서,

a) 헤더 및 데이터 부분을 포함하는 패킷 단위로 데이터 전송을 송신하는 단 계를 포함하고;

b) 상기 헤더는

ⅰ) 네트워크의 식별자(identification: ID);

ⅱ) 통신에서 사용되는 다음 채널의 식별자;

ⅲ) 주소;

ⅳ) 채널 비지 카운트 필드(channel busy count field); 및

ⅴ) 네트워크 커맨드(network command)

를 포함하고;

c) 상기 데이터 부분은 데이터를 포함하는

정보 전송 방법.
제 1항에 있어서, 상기 주소는 전송되는 정보가 수신되기를 의도하는 네트워크에 연결된 스테이션의 특정 주소를 포함하는 정보 전송 방법.
제 1항에 있어서, 상기 주소는 네트워크에 연결된 모든 스테이션들이 전송되는 정보를 수신하도록 하는 방송 주소를 포함하는 정보 전송 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패킷의 데이터 부분은 상기 수신 스테이션에서 처리되기 위해 수신 스테이션이 연결되는 다른 네트워크를 위한 데이터 패킷을 포함하는 정보 전송 방법.
제 4항에 있어서, 상기 데이터 패킷이 토큰 링(token ring) 패킷 또는 이더넷(Ethernet) 패킷을 포함하는 정보 전송 방법.
제 1항에 있어서, 상기 네트워크 내의 각각의 스테이션이 전송을 위해 다음으로 점유되는 채널의 순서를 나타내는 채널 호핑 테이블을 보유하는 정보 전송 방법.
제 6항에 있어서, 상기 채널 호핑 테이블이 채널 비지 필드/카운트를 포함하는 정보 전송 방법.
제 7항에 있어서,

각각의 스테이션이 현재 채널 상에서 활성 되기를 기다리고;

활성이 감지되지 않으면, 타이머가 만료되는 첫 번째 스테이션이 동기화 요구(synchronization request) 전송을 송신하고, 그리고 나서 승인을 대기하고;

미리 정해진 시간 내에 승인이 수신되지 않으면, 상기 스테이션이 자신의 테이블 내의 다음 채널로 전환하고 다른 동기화 요구를 전송하는 것을 계속하고 네트워크의 다른 스테이션과 동기를 획득할 때까지 승인을 대기하는

정보 전송 방법.
제 8항에 있어서,

각각의 스테이션이 활성 되기를 기다리고 활성이 감지되는 경우에는 의심되는 패킷의 헤더를 번역(decipher)하고;

활성을 번역할 수 없으면 상기 채널을 동작불능으로 마크하는

정보 전송 방법.
제 9항에 있어서,

상기 채널이 적당한 신호 감지 문제에 봉착할 때마다 증가되는 불량 채널 카운터를 사용하여 마크되고;

상기 불량 채널 카운터가 미리 정의된 카운터 한계에 도달하면 상기 채널을 불량 또는 동작 불능으로 마크하는

정보 전송 방법.
제 10항에 있어서, 동작 불능인 것으로 의심되는 채널이 계속하여 성공적으로 사용되면, 상기 불량 채널 카운터(bad channel counter)를 영으로 리셋하는 정보 전송 방법.
제 1항에 있어서,

네트워크 상의 스테이션이

채널 활성을 모니터하여 활성을 감지하면, 적합한 도메인 ID를 포함하여 네트워크에 조인(join)하고;

활성을 감지하지 않으면, 스테이션이 네트워크 매체의 동기화 요구를 송신하여 승인을 대기하고;

승인이 부정확한 ID를 가지고 수신되면 스테이션은 상기 승인을 무시하고;

상기 승인이 정확한 도메인 또는 네트워크 ID를 가지고 수신되면 스테이션은 네트워크에 조인하는 네트워크 설정을 수행하는

네트워크 설정 방법.
제 12항에 있어서, 상기 스테이션이 네트워크에 조인된 후 정보 패킷을 다른 스테이션으로 송신할 수 있고 정보 패킷을 다른 스테이션으로부터 수신할 수 있는 네트워크 설정 방법.
제 6항에 있어서, 상기 채널 호핑 테이블 내의 채널 순서를 발생시키기 위하여 네트워크 ID를 시드(seed)로 사용하는 의사-랜덤 발생기(pseudo-random generator)가 사용되어 상기 채널 호핑 테이블 내의 채널이 연속적(contiguous)인 상태로 순서화(ordered)된 네트워크 설정 방법.
매체 내에서 다수의 무선 채널을 거쳐서 전송되는 데이터 전송을 하는 통신 네트워크 내의 스테이션에 있어서,

a) 각각의 스테이션 내의 채널 호핑 테이블을 구축하는 수단;

b) 다른 스테이션으로부터의 커맨드 접수에 응답하여 상기 테이블 내에서 통 신을 위하여 다음의 동작가능한 채널을 상기 테이블 내에서 선택하는 수단;

c) 번역할 수 있는(decipherable) 신호들의 감지 사이에서 미리 정의된 시간 경과에 응답하여 테이블 내의 다음 채널을 선택하는 수단;

d) 테이블 내에 동작 불능인 특정 채널을 나타내는 수단; 및

e) 동작 불능인 채널들의 수가 미리 정의된 임계치 이하로 내려갈 때 앞서 표시된 동작 불능 채널에 액세스하는 수단

을 포함하는 통신 네트워크 내의 스테이션 장치.
제 15항에 있어서, 상기 테이블을 구축하는 수단이 테이블 내에 있는 채널들의 순서를 생성하기 위하여 네트워크 ID를 시드로 사용하는 의사-랜덤 발생기를 포함하는 통신 네트워크 내의 스테이션 장치.
제 15항에 있어서, 상기 청구된 수단을 구축하기 위한 프로그램 모듈을 구비하는 저장 매체를 포함하는 통신 네트워크 내의 스테이션 장치.